Hvad gør Supernovae superluminøse?

En ny teknik giver astronomer et nærmere kig på, hvad der gør noget stellar blodbad så utroligt lysende.

Kunstnerens illustration af en supernova i kernekollaps.
NASA / CXC / M.Weiss

En typisk eksploderende stjerne genererer op til en milliard lys i lyset på sit højdepunkt. Men såkaldte superluminøse supernovaer er i en sjælden klasse for sig selv og lyser hundreder af gange lysere end deres ordinære kusiner. Hvilken mekanisme styrker disse uber-kraftige sprængninger?

En nylig undersøgelse bruger en ny tilgang til at besvare dette spørgsmål. I mandag s Naturastronomi Ragnhild Lunnan (Stockholms Universitet, Sverige og Caltech) og kolleger rapporterer en detaljeret analyse af superluminøse supernova iPTF16eh, opdaget af Palomar Transient Factory i december 2015. Det er en af ​​de mest lysende kendte supernovaer (skønt det ikke slå rekordhaveren opdaget i 2015). Det vigtigste er, at denne supernova viser en underskrift i sit spektrum, som astronomer ikke har set i sin fortid før.

Da denne stjerne gik supernova, reflekterede eksplosionens lys ud fra en tyk kugleformet gas, der omringede stjernen, og producerede en emissionslinje, som astronomerne sporer året efter det første udbrud. De fleste lys ekko, vi hidtil har undersøgt, blev lys reflekteret af støv placeret meget langt fra supernovaen, siger Nathan Smith (University of Arizona). Men i dette tilfælde lyder lyset ud af gas tæt på stjernen, hvilket gav intime detaljer om dens ødelæggelse.

Det viser sig, at den gasformige kokon ekspanderer så hurtigt 3.300 kilometer i sekundet, eller 7 millioner km / t, at det må være resultatet af en eksplosiv udsprøjtning, snarere end den form for stabil vind, der går forud for andre massivers død stjerner. Lunnan og kolleger argumenterer for, at denne udstødning, der fandt sted cirka 30 år før hele stjernen gik boom, peger på en bestemt dødsårsag: en pulserende par ustabilitet .

Efterhånden som stjerner, der er mere massive end 100 solskin, løber tør for brændstof til at brænde i deres kerner, begynder tingene at blive højen. Snarere end at smelte sammen elementer i deres kerner, begynder disse stjerner at producere par elektroner og deres antimaterielle partnere, positroner. Idet parproduktion tager energi væk fra stjernens understøttelsessystem, får den kernen til at implodere, hvilket igen inducerer nuklear fusion. I virkelig massive stjerner - dem med mere end 130 solmasser - er det nok til at forårsage "hurtig, uplanlagt demontering."

Men i stjerner mellem 100 og 130 solmasser er eksplosive resultater ikke så øjeblikkelige. I stedet pulserer en sådan medium-massiv stjerne, skiftevis imploderer og brænder, før den gennemgår kernekollaps hvor som helst fra timer til tusinder af år senere. Pulsationerne kan skubbe en enorm mængde masse ud, og forskerne hævder, at en udkast af 10 solmasser fra en oprindeligt 115 solmasse stjerne matcher observationer.

Men, Smith advarer, "dette udelukker ikke nødvendigvis andre muligheder." Han forklarer, at det pulserende par-ustabilitetsscenario frembringer en så bred vifte af forudsigelser, at det stemmer overens med observationer af mange supernovaer. Men andre ideer er stadig mulige: Stjernen kan for eksempel have været en magnetar med et ekstremt stærkt magnetfelt, der forstærkede kølvandet på dens sammenbrud. Indrømmet forudsiger magnetarscenariet ikke den eksplosive udstødning af materiale 30 år før supernovaen - men det betyder ikke, at det ikke kan ske, argumenterer Smith.

En enkelt forklaring er nok ikke nok for alle superluminøse supernovaer - de udviser simpelthen for meget variation. Men nu har astronomer et pænt nyt værktøj i deres værktøjskasse til at udforske stjernernes blodbad.